公路工程隧道監控防災系統研究

開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的1篇公路工程隧道監控防災系統研究，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。

摘要:首先詳細介紹了隧道安全監控防災系統的內容，具體包括隧道視頻檢測技術、火災自動檢測技術、緊急電話報警系統、交通控制及誘導系統，其次對隧道監控防災控制模式設計與隧道監控供配電系統進行了詳細的分析，最后在整理相關的資料基礎上，對隧道消防管道保溫系統進行了較為系統的綜合闡述。關鍵詞:隧道;安全;防災救援

引言：隧道監控防災是針對可能發生的重大事故、災害，為了保證有序、迅速、有效地開展應急救援、降低事故損失而預先制定的計劃或方案，它是在評估辨識潛在重大危險、事故類型、發生可能性、發生過程、事故后果、影響嚴重程度的基礎上，對安全機構的人員、職責、裝備、技術、物資、設施、救援行動、指揮協調等方面預先做出的具體安排和措施［1－3］。

1隧道監控防災系統概述

隧道監控系統設置通風照明控制、交通信號誘導、攝像機監視、緊急電話報警、有線廣播、火災自動檢測、電光標志等監控設施，以保證車輛安全行駛，及時發現事故災害，并在確認事故發生后對隧道通風、照明、消防設備進行合理控制，引導車輛和人員疏散逃生。

1)隧道視頻檢測技術:用于檢測各種意外交通事件(如車輛逆行、落物、追尾等)，為制定交通控制方案提供依據，視頻事件檢測器主要對車行橫洞、隧道進口、出口、彎道等事故多發處攝像機圖像進行事件檢測。

2)火災自動檢測技術:火災報警系統能及時、準確地反饋隧道內發生火災的地點，將信息經傳輸線路傳遞至隧道管理站。

3)緊急電話報警系統:在隧道內按照間距200m設置了緊急電話，在隧道內發生交通異常時，快速救援或及時滅火，隧道監控系統快速啟動緊急情況時的聯動控制程序。

4)交通控制及誘導系統:在隧道洞外聯絡道前設置交通信號燈，在隧道進出口及車行橫洞處設置了車道指示器;同時設置了有線廣播系統來進行各種運行模式下的交通疏導。

2隧道監控防災控制模式設計

隧道管理按隧道管理站中央控制、現場PLC控制和現場手動控制控制模式設計。中央控制系統由1臺容錯服務器和隧道交通監控工作站、消防報警監控工作站、電力監控工作站、緊急電話廣播工作站、圖像處理工作站等5臺工作站，2臺三層以太網交換機及網管軟件、數據庫軟件、圖控軟件組成。現場控制系統是中央控制系統的下位機，各PLC設置與設備密集的地方通過特定的通訊協議，以光纖環網形式相連接。根據它所管轄的設備，配以I/O單元、A/D單元或通信單元，傳輸指令。由于隧道現場環境惡劣，被控設備分散，傳統控制方式需要大量控制線纜給項目施工和運營故障排查、維護改造都帶來了極大困擾，所以本項目配備控制層采用PLC+工業測控執行器(遠端I/O)的方式，以減少隧道內控制器的布置數量，減小隧道內洞室的體積，節約信號電纜，降低施工難度，提高運營維護水平。工業測控執行器為數據采集和控制執行裝置，支持總線通信協議，傳輸距離在理想總線電纜情況下需達1200m，現場布線簡單方便(僅需2芯屏蔽總線電纜，支持級聯)，可以被監控設備直連(無需外接端子排、繼電器)，匹配獨立地址實現遠程故障診斷，IP65防護等級。

3隧道監控供配電系統

3.1隧道監控供配電系統設計原則

隧道供配電系統應遵循“安全、可靠、經濟”的設計原則，確定合理的供電方案。隧道供電設計應結合隧道通風、照明、消防、監控系統的分期實施方案，一次規劃設計、分期實施，并結合隧道施工期間的用電情況做到“永臨結合”。

3.2隧道監控供配電系統負荷分級

根據隧道用電負荷的用途及重要性，負荷分為三級1)一級負荷:應急照明設施、電光標志、交通監控設施、通風及照明控制設施、緊急呼叫設施、火災檢測與報警設施、中央控制設施、排煙用射流風機。

2)二級負荷:非應急的照明設施、通風風機、消防補水水泵。

3)三級負荷:其余隧道電力負荷。

3.3隧道監控供配電系統分析

為保證變電所在市電失電時仍能為重要負荷供電，配備柴油發電機組作為第二電源為隧道一級負荷(應急照明、監控設施、火災報警、消防水泵、排煙風機)供電，當市電失電時，柴油發電機可自動投入;當供電恢復時，柴油發電機可自動退出。此外，變電所內還配備EPS和UPS。變電所內設有

1臺變壓器，為隧道營運通風、照明、監控、消防等用電負荷供電。

1)高壓側均采用單母線不分段接線方式，低壓側采用單母線分段的接線方式，平時母線聯絡開關斷開，當一臺變壓器因故停止供電時，其進線開關柜總開關斷開，母線聯絡開關合閘，另一臺變壓器向隧道一級負荷供電，同時減掉部分風機(照明)負荷以保證變壓器不過載。在各變電所內均設有無功功率補償柜，系統功率因數≥0．95。

2)電力變壓器采用SCBH15非晶合金系列10/0．4kV型銅芯低損耗干式電力變壓器，采用就地操作方式，操作機構為彈簧操作機構，其操作電源為交流220V，電源由UPS不間斷電源供給。

3)低壓組合式抽屜式(或抽出式)開關柜與干式變壓器組合成成套設備，補償用的電力電容器采用干式無油自復式電力電容器或干式無油全膜電容器。

4)EPS和UPS應具有“遙測、遙信、遙控、遙調”的四遙功能并具有標準的ＲS232或ＲS485的通訊接口，后備時間60min。

5)柴油發電機要求起動靈活、快速加載，含啟動、控制設備及監控接口。

6)在高壓引入點設閥式避雷器，在變電所10kV進出線柜內均設有10kV避雷器，以防雷電侵入波侵蝕，在0．4kV總進線端、配電回路出線端、無功功率補償柜、EPS及UPS進、出線端均設有浪涌保護器，以防雷、防過壓。

7)電器裝置的工作接地和保護接地共用一個接地系統，采用TN－S制，都應與接地網做可靠連接，構成等電位接地系統，變壓器中性點應可靠接地。

8)在變電所附近設置接地網，接地電阻＜1a;接地體采用長2500mm的接地角鋼，垂直埋設，間距5m，埋深≥0．8m，接地體埋設地點距建筑物3m;從變電所接地裝置引出接地扁鋼，引至左、右線隧道口，與敷設在電纜槽內的接地扁鋼可靠連接。

9)采用40×4扁鋼作為保護接地干線沿隧道強弱電電纜槽全線敷設，每隔50m與角鋼接地極(等邊角鋼＜50×5，2．5m)或隧道二襯鋼筋焊接一次，并在隧道洞口處重復接地，重復接地電阻不大于10Ω;采用絕緣導線作為接地保護線沿電纜橋架全線敷設，并與隧道內接地系統做可靠連接。

10)電力監控系統對所轄區段各隧道的10/0．4kV變電所和箱式變電站集中監視和控制，配置的綜合自動化系統實現所內保護、數據采集處理、數據傳送及執行控制中信的遙控命令等功能。電力監控系統對通風照明等回路只監不控。電力監控利用隧道監控系統提供的通信接口與隧道管理站設置進行通信，把電力監控數據傳輸到隧道管理站設置電力監控主機。隧道監控系統在每座變電站電力監控子站處提供100M通信通道，接口為ＲJ45。隧道內監控設備的電源引自隧道內監控配電箱，電源防雷由配電籍配置，接地線接入隧道內接地系統。隧道外監控設備電源線、信號線分別經電源防雷器和信號防雷器接入。洞內監控配電箱入線側安裝不低于C級的電源SPD。若接地系統接地電阻值達不到上述要求，應采取相應的降阻措施。

3.4隧道監控供配電實例分析

呼北國家高速公路山西離石至隰縣段是G59呼北國家高速公路的重要組成部分。呼北高速公路在山西省境內，起于右玉殺虎口，經過右玉、平魯、朔城區、五寨、臨縣、柳林、交口、隰縣、吉縣、河津、鹽湖區、永濟等，終點為芮城劉堡。呼北國家高速公路山西離石至隰縣段作為山西省西縱高速公路中間段溝通了青銀高速(規劃的第八橫高速公路)與霍州至永和關高速公路(規劃的第九橫高速公路)，是完善山西省高速公路網調整規劃，提高區域高速公路網的網絡化程度和整體服務水平，提升呂梁市乃至山西省的公路現代化水平。改善山西省中部地區的運輸條件的需要［4－8］。為提高供電可靠性，確保隧道能正常安全且可靠運行，并綜合場地環境等影響因素合理確定變電所位置，由于郭家山隧道與孔家山隧道為連續隧道，可整體看作1座隧道設置變電所，在郭家山隧道進口洞外及孔家山隧道出口洞外各設置1座10/0．4kV室內變電所為隧道供電;在中陽隧道進、出口洞外各設置1座10/0．4kV室內變電所;陳家灣隧道為特長隧道，在隧道進口洞外及出口洞外各設置1座10/0．4kV室內變電所為隧道供電;在后峪1號隧道出口洞外設置1座10/0．4kV室內變電所;在后峪2號隧道進口洞外設置1座10/0．4kV室內變電所。全線共設4處匝道收費站，分別為中陽收費站、車鳴峪收費站，交口收費站、石口收費站;隧道管理站、隧道救援站各1處，為車鳴峪隧道管理站、車鳴峪隧道救援站;養護工區2處，為中陽養護工區、石口養護工區;停車區2處，為中陽停車區、交口停產區;服務區1處，為車鳴峪服務區，其中車鳴峪收費站、隧道管理站、隧道救援站同址合建，石口收費站、養護工區同址合建，總共7處場區，建筑面積18361．03m2，占地面積209．89畝(1畝≈666．67m2)，9處隧道變電所，6處隧道水泵房，建筑面積2580．57m2。

4隧道消防管道保溫系統

1)當氣溫低于－14．0℃時，采取常規保溫(包裹保溫材料)已無法防凍，為防止消防管道內的水結凍，洞內消防管道采用電伴熱保溫，并采用50mm厚橡塑海綿保溫材料包裹，再用0．5mm厚鍍鋅鐵皮保護;服務區最大凍土層深度為1．0m，洞外管道原則上采用直埋敷設，埋深不小于1．5m，無法直埋的采用架空敷設，采用電伴熱保溫，并用100mm厚橡塑海綿保溫材料包裹，再用0．5mm厚鍍鋅鐵皮保護。

2)電伴熱保溫系統將每根管道上的環境溫度傳感器測量的各溫度信號轉變為電信號，經A/D轉換再經單片機內軟件的算法處理(數學運算、邏輯運算等)，便可得知各管道的工作溫度參數和電纜工作狀態，如果某根管道上的伴熱電纜斷了，控制箱發出該路斷纜的聲光報警信號。

3)控制箱在環境溫度低于5℃的時，自動啟動各路伴熱電纜加熱，并配有串行通信功能，便于實現集中控制。同時還能記錄管道的故障種類、時間、次數等信息，以便設備、人員的管理和備案。水泵房內管道及閥門等全部采用電伴熱保溫，并包裹100mm厚橡塑海綿發泡保溫材料，再用0．5mm厚鍍鋅鐵皮保護。

5結束語

隧道的防災救援應遵循以防為主、防救結合的原則，救災的基本理念是以人員逃生為主。針對上述內容，隧道結構應加強防火考慮，主體隧道內部裝修材料選用不燃材料，隧道頂部采用防火內村，隧道內設置合理的防火分區，并按規范要求設置車、人行橫洞。［ID:014619］

參考文獻:

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作者:吳非 申鐵軍 單位:山西路橋建設集團有限公司 山西路橋集團晉南項目管理有限公司